第10卷第1期 2010年2月
过程工程学报
The Chinese Joumal of Process Engineering
AI-Si-Fe合金真空热法炼镁过程动力学
胡文鑫，刘建，冯乃祥，彭建平（东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110004)
Vol.10 No.1 Feb.2010
摘要：采用收缩未反应核模型研究AI-Si-Fe合金真空热还原媛后白云石制镁过程动力学，考察了制团压力、还原温度(7)和添加氟盐对镁还原率(R)的影响.结果表明，在40~150MPa内，制团压力越大，镁还原率越高：添加氟盐可加快还原反应速率，提高镁还原率，确定了还原过程最佳工艺条件为：还原温度1413K、还原时间(t)120min、真空度4Pa、制团压力150MPa、CaFz添加量3%.在1373~1413K内，还原过程为一级反应，由还原剂通过固体产物层
的内扩散步骤控制，宏观动力学方程为1+2(1-R)-3(1-R)23=0.194exp(-8.38×10°/T)t，表观活化能为69.7kJ/mol. 关键词：Al-Si-Fe合金：金属镁：真空热还原；动力学
中图分类号：TF801.1 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2010)01-0127-06
值.但对Al-Si-Fe合金热法炼镁过程的动力学研究还未见报道.因此，本工作通过对制团压力、还原温度、
金属镁是一种应用极为广泛的轻金属，在自然界中以光卤石、菱镁矿、白云石等形式存在"]，我国菱镁矿、白云石资源丰富，热法炼镁是我国当前炼镁的主要方法，其中又以皮江法最为普遍，该法具有原料丰富、产品镁纯度较高、生产规模灵活可变等优点(23]，但该法反应过程是吸热过程，同时受硅铁合金还原活性的制约，致使所需反应温度在1170℃以上、单次反应时间7h以上．反应罐在高温、真空条件下长时间工作，使用寿命将大幅下降，致使生产镁成本较高因此，在其他条件相近的情况下，只要延长反应错的使用寿命，就可有效节约生产成本，延长反应露使用寿命的途径有两种，一是从体材质方面解决，采用高温、高真空度条件下性能更好的镍铬合金钢；二是找到一种新的还原剂以降低还原温度，使其在反应键材质可承受范围内，进而延长反应罐材使用寿命，解决热法炼镁成本高的间题，本工作从还原工艺入手，以Al-Si-Fe合金为还原剂进行热法炼镁，以解决上述问题
以Al-Si-Fe合金为还原剂：真空热还原搬后白云石(缎白)炼镁的可行性已被热力学理论和实践证明(5-8) 理论计算和实验研究，确定了AI与MgO-CaO体系的反应机理：吴贤照[]对AI-Si-Fe合金热法炼镁过程中的镁生成蒸汽压进行了热力学计算与实验验证，并与传统皮江法进行对比，在获得相同镁还原率的前费下， Al-Si-Fe合金热法炼镁可明显降低还原所需温度(<1100℃C)，延长了反应罐寿命，确定了工艺的应用价
还原时间、氟盐添加剂等因素对真空热还原过程的影响进行分析，从理论上分析还原过程动力学并建立相应模型，进而确定过程的控制步骤及影响镁还原率的重要因素，为Al-Si-Fe合金真空热法炼镁工艺的发展提供相
应理论基础。 2实验 2.1实验原料
实验原料为辽宁丹东白云石【主要成分为 CaMg(COs)]和AI-Si-Fe合金、分析纯CaF2、MgF2白云石与A1-Si-Fe合金的成分见表1.2.Al-Si-Fe合金中的主要物相为Al,Si,AlFeSiz，见图1.
表1白云石的化学成分
Chemical composition of dolomite (%, )
Table1
Mgo 22.01
Cao 29.51
Sior 1.03
Alo 0.21
Others 0.54
Ignition loss
46.70
表2Al-Si-Fe合金的化学成分
Table2
Component
Content (%, ) 2.2实验装置
Chemical composition of AlSFe alloy
Al 28.83
si 41.10
Fe 16.62
Others 13.45
实验装置主要由CKW-3100温度控制器、立式硅碳棒炉、Cr25Ni20Si2不锈钢反应罐、冷凝装置、真空系统组成，见图2.原料和产物成分由化学法确定，物相分析采用日本理学D/maxRB型X射线衍射仪，
实验用真空系统主要由真空臂路、真空阅、ZJP-70 罗茨真空泵和ZX-15型旋片式真空泵组成，通过ZZ-1
收稿日期：2009-0925，修图日期：2009-11-09
作者简介：胡文鑫(1984-)，男，内蒙古锡林落特市人，博士研究生，有色金属冶金专业，E-mail：neuhuwenxin@126.com；冯乃样，通讯联系人，E-mail
Fengnaixiang@163.com 万方数据